UFU 2021.2 | Geral · 1ª Fase — Questões de Física comentadas — Método TEF
Geral · Aplicação em 21/08/2021 · Tipo 1 · Física, questões 17 a 24.
Dados da prova
UFU 2021.2 · Geral · Aplicação em 21/08/2021 · Caderno Tipo 1 · Física, Q17 a Q24. Gabarito oficial definitivo. As duas aplicações de 2021 possuem questões diferentes.
Na construção de uma curva em uma estrada, estão sendo testados diferentes materiais para compor o pavimento, sendo que cada um apresenta distinto coeficiente de atrito dinâmico, o qual varia em função do material empregado e da condição de umidade, conforme indica o quadro abaixo.
Coeficientes fornecidos no enunciado
Material e condição
Coeficiente de atrito dinâmico
Asfalto seco
0,5
Asfalto molhado
0,2
Cimento seco
0,6
Cimento molhado
0,4
A curva, que é plana, possui 30 metros de raio e os carros podem passar por ela com velocidade máxima de 12 m/s. Qual(is) material(is) e condição(ões) pode(m) ser empregado(s) na construção de tal curva, de modo que um carro consiga passar por ela, no limite da velocidade permitida, sem derrapar?
Considere g = 10 m/s².
A)Asfalto e cimento secos.
B)Asfalto seco e molhado.
C)Cimento seco.
D)Cimento seco e molhado.
Gabarito oficial definitivo · Geral · Tipo 1
A
Resolução
Em uma curva plana, o atrito fornece a força centrípeta. A normal equilibra o peso.
$$N=mg$$
$$F_{\mathrm{radial}}=\frac{mv^2}{R}$$
No limite de aderência, o coeficiente estático necessário é:
$$\mu_{s,\min}=\frac{v^2}{Rg}$$
$$\mu_{s,\min}=\frac{12^2}{30\cdot10}$$
$$\mu_{s,\min}=0{,}48$$
Pela comparação pretendida pela banca, asfalto seco (0,5) e cimento seco (0,6) superam 0,48; os materiais molhados não atingem esse valor.
Ressalva física. A tabela informa coeficientes de atrito dinâmico. Eles não permitem determinar, rigorosamente, o limite de aderência estática de cada piso. A resposta oficial resulta de tratar os valores fornecidos como os coeficientes relevantes para a aderência.
Alternativa correta: A.
Q18
Ondulatória — Ondas Eletromagnéticas — Radiação térmica e transparência do vidro
Muito se tem falado sobre o efeito estufa e seus impactos no planeta, mas ele também pode ser percebido em pequenas dimensões quando deixamos um carro fechado e exposto ao sol. Tanto a radiação que chega do sol, chamada aqui de (A), quanto aquela que é emitida pelos componentes aquecidos do interior do veículo, designada de (B), são ondas que compõem o espectro eletromagnético.
Por que é correto afirmar que o interior do carro se torna mais quente do que o exterior, quando deixado sob a luz solar?
A)Porque a frequência da onda (A) é menor do que a de (B), e isso permite que (A) atravesse os vidros do carro, mas a mesma situação não ocorre com (B), que fica aprisionada no carro, aquecendo o interior.
B)Porque o comprimento de onda de (A) é mais próximo ao infravermelho, ao passo que o de (B) é mais próximo ao ultravioleta, por isso (B) fica aprisionada no carro, aquecendo o interior.
C)Porque o comprimento de onda de (A) é menor do que o de (B), e isso permite que (A) atravesse os vidros do carro, mas a mesma situação não ocorre com (B), que fica aprisionada no carro, aquecendo o interior.
D)Porque a velocidade da onda (A) é duas vezes maior do que a onda (B), por isso que a velocidade de escape inferior de (B) faz com que ela permaneça aprisionada no carro, aquecendo o interior.
Gabarito oficial definitivo · Geral · Tipo 1
C
Resolução
A radiação solar que atravessa o vidro inclui fortemente a faixa visível. Os componentes aquecidos do carro emitem principalmente infravermelho térmico, com comprimentos de onda maiores.
$$\lambda_A<\lambda_B$$
$$f_A>f_B$$
O vidro transmite melhor parte da radiação solar incidente do que o infravermelho térmico emitido pelo interior. Absorção e reemissão reduzem a perda radiativa direta.
O texto usa um modelo simplificado. Em um carro fechado, a dificuldade de renovar o ar e remover calor por convecção também é decisiva; não se deve atribuir todo o aquecimento ao bloqueio do infravermelho.
Alternativa correta: C.
Q19
Termologia — Transmissão de Calor — Convecção e circulação oceânica
A Corrente do Golfo é uma corrente oceânica que flui ao longo da margem oeste do Oceano Atlântico e leva águas do Mar do Caribe que aquecem o clima do Atlântico Norte e Europa. Quando chegam a essa região, as águas da corrente esfriam e tornam-se mais salinas, pois, em altas latitudes, menos água doce entra nos oceanos vinda dos rios.
Com base nessas informações, são feitas as seguintes afirmações.
I. A corrente que chega à Europa flui por águas mais profundas, pois suas águas são densas quando comparadas à corrente que retorna aos trópicos.
II. O aumento da salinidade da corrente do Golfo diminui a densidade de sua água, o que faz com que ela retorne fluindo de maneira mais superficial para os trópicos.
III. A convecção é o fenômeno físico que explica como as correntes oceânicas distribuem calor pelo globo.
IV. Correntes com águas mais quentes fluem de forma mais superficial se comparadas a correntes com água mais frias.
Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas corretas.
A)Apenas II e III.
B)Apenas I e II.
C)Apenas I e IV.
D)Apenas III e IV.
Gabarito oficial definitivo · Geral · Tipo 1
D
Resolução
I — falsa. No modelo descrito, a água quente proveniente dos trópicos chega à região norte em camadas superficiais; o resfriamento favorece o afundamento e o retorno profundo.
II — falsa. A maior salinidade aumenta, em vez de diminuir, a densidade da água, mantidas as demais condições.
III — verdadeira. A convecção transporta energia pelo movimento do fluido. A circulação oceânica real também sofre influência dos ventos e da rotação da Terra.
IV — verdadeira no modelo da questão. A água mais quente tende a ter menor densidade e a ocupar camadas mais superficiais. São corretas III e IV.
Alternativa correta: D.
Q20
Óptica — Lentes — Defeitos da visão e lentes corretoras
Em uma sala de aula, dois alunos, Carlos e Júlia, têm reclamado que não enxergam bem o que o professor escreve no quadro devido a problemas de visão que possuem. Carlos mudou-se da frente para o fundo da sala e sentiu uma melhora ao olhar para o quadro, e Júlia, que se sentava no fundo, veio para mais perto do quadro e também relatou que passou a enxergá-lo melhor. Para que possam se sentar em qualquer local da sala e enxergar perfeitamente o quadro, eles foram ao oftalmologista que sugeriu que passassem a usar óculos com lentes apropriadas a cada caso.
Considerando-se que tais alterações são advindas da forma como a imagem é formada no globo ocular de Carlos e Júlia, qual a situação que cada estudante deve ter, dentre os esquemas de globos indicados a seguir, e que lentes devem compor seus óculos?
Figura do caderno original · toque para ampliar.
A)Carlos – globo B, corrigido com lentes cilíndricas. Júlia – globo A, corrigido com lentes divergentes.
B)Carlos – globo C, corrigido com lentes convergentes. Júlia – globo A, corrigido com lentes divergentes.
C)Carlos – globo C, corrigido com lentes convergentes. Júlia – globo B, corrigido com lentes cilíndricas.
D)Carlos – globo A, corrigido com lentes cilíndricas. Júlia – globo C, corrigido com lentes convergentes.
Gabarito oficial definitivo · Geral · Tipo 1
B
Resolução
Carlos melhora ao se afastar do quadro, comportamento associado, no modelo do item, à hipermetropia. A imagem tenderia a formar-se depois da retina, como no globo C.
A lente convergente aumenta a convergência dos raios e antecipa o foco até a retina.
Júlia melhora ao se aproximar do quadro, comportamento associado à miopia. O foco fica antes da retina, como no globo A.
A lente divergente reduz a convergência do feixe incidente e desloca o foco para a retina. Logo, Carlos precisa de lentes convergentes e Júlia de lentes divergentes.
Alternativa correta: B.
Q21
Eletricidade — Eletrostática — Ruptura dielétrica do ar
O Brasil é o país com maior incidência de raios. Eles são formados quando gotículas de água e gelo, que formam as nuvens, acumulam cargas elétricas, que, em algum momento, desencadeiam as descargas elétricas, que podem ocorrer no interior das nuvens e também estabelecer contato com o solo.
Para que tais descargas ocorram, é necessário que
A)a grande quantidade de cargas elétricas na nuvem gere um campo elétrico que ultrapasse a rigidez dielétrica do ar, tornando-o um meio condutor por onde as cargas elétricas fluirão.
B)a grande quantidade de cargas elétricas na nuvem diminua a diferença de potencial entre ela e o solo para permitir que uma corrente elétrica se estabeleça, que é por onde os elétrons fluirão.
C)a interação entre o campo elétrico da nuvem e o campo magnético terrestre ocorra, o que gera um canal de comunicação entre esses meios, que é por onde as cargas elétricas fluirão.
D)a diferença de potencial entre a nuvem e o solo seja momentaneamente infinita, permitindo que uma corrente elétrica se estabeleça, que é por onde os elétrons fluirão.
Gabarito oficial definitivo · Geral · Tipo 1
A
Resolução
O acúmulo e a separação de cargas geram um campo elétrico. Quando sua intensidade local é suficiente para ionizar o ar, ocorre ruptura dielétrica.
$$E\gtrsim E_{\mathrm{ruptura}}$$
O canal ionizado contém portadores de carga e permite a descarga. O processo envolve potenciais elevados, porém finitos; não exige o campo magnético terrestre nem a diminuição inicial da diferença de potencial.
Alternativa correta: A.
Q22
Física Moderna — Física Nuclear — Nucleossíntese e origem dos elementos
A vida, tal qual a conhecemos na Terra, é feita de uma diversidade de elementos químicos, Oxigênio, Fósforo e Enxofre, por exemplo.
Os referidos elementos, que participaram da formação do nosso planeta e que contribuíram para o surgimento da vida na Terra, tiveram origem
A)no Sol, que produziu tais elementos por meio de reações químicas.
B)nas estrelas que atualmente existem e que vemos no céu à noite.
C)nas estrelas que existiram antes da origem do Sol.
D)no Big Bang, que criou todos os elementos químicos conhecidos.
Gabarito oficial definitivo · Geral · Tipo 1
C
Resolução
O Big Bang produziu principalmente hidrogênio e hélio, além de pequenas quantidades de outros núcleos leves. Oxigênio, fósforo e enxofre resultam de processos nucleares em gerações de estrelas.
Material processado por estrelas anteriores ao Sol foi lançado no meio interestelar e incorporado à nuvem que formou o Sistema Solar. Por isso esses elementos já estavam disponíveis na formação da Terra.
Reações químicas reorganizam elétrons e ligações; não explicam a criação desses elementos.
Alternativa correta: C.
Q23
Física Moderna — Relatividade — Experimento de Michelson e Morley
No final do século XIX, os cientistas Michelson e Morley buscaram analisar a existência de um sistema de referência absoluto, a partir do qual todos os movimentos pudessem ser analisados. Supuseram que há uma espécie de “substância”, que preenche todo o espaço sideral. Quando a luz viaja através dela, sua velocidade poderia ser afetada por tal “substância”, da mesma forma que a velocidade de um barco varia quando ele está se movendo no sentido da correnteza do rio por onde navega ou perpendicular a ela. Para testar tal influência, eles montaram um experimento, apresentado de modo simplificado na imagem a seguir. Nele, um feixe de luz é dividido em dois (I e II), ao passar por uma lâmina parcialmente espelhada, seguindo caminhos que formam um ângulo reto entre si. Tais raios atingem os espelhos planos, são refletidos, recombinados e desviados para um anteparo. Com tal aparato, buscaram checar se havia qualquer diferença na rapidez média ao longo dos dois caminhos de ida e volta, que tinham o mesmo comprimento (d). O experimento foi montado de tal forma que o caminho (II) estava paralelo ao movimento orbital da Terra e o (I), perpendicular, uma vez que, se nosso planeta estivesse viajando através da tal substância, isso afetaria a velocidade do feixe luminoso.
Figura do caderno original · toque para ampliar.
À luz dos conhecimentos atuais, que relação há entre as velocidades dos feixes (I) e (II)?
A)A velocidade do feixe (I) é igual à do feixe (II), o que mostra a inexistência de tal “substância”.
B)A velocidade do feixe (II) é maior do que a do feixe (I), pois ele viajou mais rápido, aproveitando a velocidade favorável de deslocamento da Terra.
C)A velocidade do feixe (I) é igual à do feixe (II), pois a “substância”, apesar de existente, não provoca nenhum efeito nos feixes de luz.
D)A velocidade do feixe (I) é maior do que a do feixe (II), pois, apesar de a “substância” interferir na velocidade da luz, ela é arrastada junto com a Terra no seu deslocamento.
Gabarito oficial definitivo · Geral · Tipo 1
A
Resolução
Na descrição atual, a luz no vácuo tem a mesma velocidade em todas as direções de um referencial inercial.
$$v_I=v_{II}=c$$
Para braços de mesmo comprimento, a orientação em relação ao movimento orbital não produz a diferença prevista pelo modelo clássico de um éter estacionário.
O resultado nulo do experimento contrariou essa hipótese histórica e é compatível com a relatividade especial. A alternativa oficial resume essa interpretação como inexistência da “substância”; o resultado, isoladamente, não elimina toda hipótese concebível de éter.
Alternativa correta: A.
Q24
Ondulatória — Fenômenos Ondulatórios — Superposição de ondas transversais e longitudinais
As ondas, independentemente de serem longitudinais ou transversais, podem apresentar interferência, revelando diferentes padrões. Abaixo estão representados dois tipos de ondas, uma transversal e a outra longitudinal.
Figura do caderno original · toque para ampliar.
Quando tais ondas se encontram, o resultado obtido de sua superposição nas duas situações será, respectivamente,
A)
B)
C)
D)
Gabarito oficial definitivo · Geral · Tipo 1
D
Resolução
Na representação transversal, cristas coincidem com cristas e vales com vales. Os deslocamentos têm o mesmo sinal e a amplitude instantânea resultante aumenta.
$$y_{\mathrm{resultante}}=y_1+y_2$$
$$A_{\mathrm{resultante}}=2A$$
O comprimento de onda transversal permanece o mesmo. No par longitudinal, compressões de uma onda coincidem com rarefações da outra, de modo que as perturbações de densidade se cancelam no instante mostrado.
O padrão procurado combina onda transversal de amplitude maior e mesmo comprimento de onda com distribuição longitudinal uniforme. O cancelamento instantâneo não significa que as ondas deixam de existir.
